Approaches to Disposal of Nuclear Waste Michael I. Ojovan

Figure 2. 
Schematic of IAEA radioactive waste classification scheme. The term “activity content” 
covers activity concentration and total activity. Reproduced with permission of the IAEA from [16]. 
At first, the IAEA conventionally divides the radionuclides depending on half-lives 
of the decay into (a) short-lived and (b) long-lived. Short-lived radionuclides are those 
with a half-life smaller than 31 years (aiming to include 
137
Cs, which has a half-life of 30.17 
a). 
Then, six classes of waste are defined, starting with the lowest, by radionuclide con-
tent (activity content in Figure 2, see, e.g., Tables I.1 and I.2 of Ref. [1]), which is the exempt 
waste (EW) that is represented by conventionally non-radioactive waste materials. In ad-
dition to EW, the IAEA classification scheme defines five classes of radioactive waste: very 
short-lived waste (VSLW), very low-level waste (VLLW), low-level waste (LLW), inter-
mediate-level waste (ILW), and high-level waste (HLW): 

VSLW is radioactive waste that can be stored for decay over a limited period of no 
longer than a few years, with subsequent clearance from regulatory control, and typ-
ically includes radioactive wastes generated by uses of nuclear energy in research 
and medicine; 

VLLW is radioactive waste that does not need a high level of containment and isola-
tion and because of that is suitable for disposal in near-surface landfill type facilities 
with limited regulatory control. Typical VLLW includes soil and rubble with low lev-
els of activity concentration, which does not usually exceed one hundred times clear-
ance levels for each of the radionuclides present. In some countries, VLLW is dis-
posed of in purpose-built disposal facilities, e.g., these can be in the form of earthen 
trenches with engineered covers, although it can be disposed of with LLW; 

LLW has limited amounts of long-lived radionuclides in it and because of that re-
quires robust isolation and containment for periods of up to a few hundred years. 
LLW is suitable for disposal in engineered near-surface disposal facilities (NSDF). 

---

Energies
2022
,
 15
, 7804 
5 of 24 
LLW covers a very broad range of waste with long-lived radionuclides only at rela-
tively low levels of activity concentration. LLW is generated in most facilities in-
volved in nuclear power production, nuclear research, and nuclear medicine. It is 
common practice to dispose of LLW in NSDFs, although options for the disposal of 
LLW include simplified facilities such as engineered trenches or concrete vaults in 
which waste containers are placed. An engineered or earthen cap is then placed over 
the waste containers to minimise water infiltration. The NSDFs are subject to surveil-
lance until the hazard associated with the nuclear waste has declined to acceptable 
(e.g., clearance) levels. Some countries prefer disposing of LLW in sub-surface facili-
ties or co-locating LLW with ILW or spent nuclear fuel (SNF) in deeper facilities; 

ILW is radioactive waste that requires a greater degree of containment and isolation 
than that provided by NSDFs although it needs no provision for radiogenic heat dis-
sipation. The ILW requires disposal at greater depths, of the order of from tens of 
metres to at one or even a few hundred metres. Moreover, disposal at depths of 
greater than several tens of metres is generally considered to be the most appropriate 
option for ILW. Co-disposal of ILW with SNF and HLW is an effective option con-
sidered in many countries. A precise boundary between LLW and ILW does not ex-
ists although a limit content of 400 Bq/g on average and up to 4000 Bq/g for individual 
packages for long-lived alpha emitting radionuclides has been adopted in many 
countries following the recommendation of IAEA [16]. The actual boundary-limiting 
levels result in each specific case from the performance and safety analysis reports 
and cannot be generic to all facilities. For long-lived beta- and/or gamma-emitting 
radionuclides, e.g., 
14
C, 
36
Cl, 
63
Ni, 
93
Zr, 
94
Nb, 
99
Tc, and 
129
I, the allowable average ac-
tivity concentrations may be considerably higher (up to tens of kBq/g) although they 
are always specific to the site and disposal facility [16]; 

HLW is radioactive waste with levels of activity concentration high enough to require 
shielding in handling operations and that generates significant quantities of radio-
genic heat due to the decay of nuclear waste radionuclides. Depending on the volume 
of waste, the heat generation levels of HLW are typically above a few W/m
3
for typi-
cal volumes of about one cubic metre. HLW can also be nuclear waste with large 
amounts of long-lived radionuclides that need to be considered in the design of dis-
posal facilities. Disposal in deep geological disposal facilities (GDF) located in stable 
geological formations, usually several hundred metres or more below the surface, is 
the generally recognised HLW disposal option. While most countries with spent fuel 
and HLW are working towards national solutions, others, for mainly economic rea-
sons, have indicated an interest in developing multinational disposal facilities [13]. 
2.2. IAEA Selection Tool 
Altogether, it can be clearly seen that the IAEA classification does directly link classes 
of radioactive wastes with disposal routes. Moreover, the IAEA gives a logic diagram for 
selecting the disposal option based on classification, as explained in Figure 3. 

---

Energies